JPH0823095B2 - 補強繊維織物 - Google Patents

補強繊維織物

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JPH0823095B2
JPH0823095B2 JP1143870A JP14387089A JPH0823095B2 JP H0823095 B2 JPH0823095 B2 JP H0823095B2 JP 1143870 A JP1143870 A JP 1143870A JP 14387089 A JP14387089 A JP 14387089A JP H0823095 B2 JPH0823095 B2 JP H0823095B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、繊維強化プラスチック（FRP）や繊維強
化炭素（FRC）、繊維強化金属（FRM）等の複合材料を成
形するときに、いわゆる補強材として使用する織物に関
する。この発明の織物は、そのような複合材料を成形す
るための、いわゆる中間基材であるプリフォームを形成
したり、さらには、そのプリフォームを使用して、上述
した複合材料からなる桁材を成形したりするような場合
に有用なものである。
［従来の技術］ 複合材料を成形するときに、補強繊維を織物の形態で
使用することがよくある。そうして、たとえばFRP製の
桁材を成形するときには、特公昭62−23139号公報に記
載されているように、織物としては極く普通の、たて糸
とよこ糸の繊度と密度がともに等しく、かつ、たて糸と
よこ糸とが互いに直交している二方向性織物を、ウエブ
においてたて糸またはよこ糸の方向が桁材の長手方向に
対して±45゜になるように積層し（以下、この層を±45
゜層という）、フランジにおいては、上記の積層の端を
拡開し、その拡開した面に、織物を、こんどはたて糸ま
たはよこ糸の方向が桁材の長手方向になるように積層す
る（以下、この層を０゜層という）。ウエブを±45゜層
で構成するのは、そのような層はせん断応力に対して有
効であるからである。また、フランジに０゜層を設ける
のは、±45゜層のみでは長手方向の強度や剛性が不足す
るからである。しかしながら、このような積層構成を採
ると、フランジにおいては、±45゜層と０゜層との間に
層間が存在することになり、この層間が剥離しやすいと
いう問題がでてくる。また、０゜層を別途設けること自
体、やっかいなことである。
一方、特公昭61−12781号発明においては、一方向性
プリプレグを用いてウエブにおける±45゜層を形成する
とともに、その一方向性プリプレグをフランジまで延長
し、そのフランジにおける一方向性プリプレグ間に別の
一方向性プリプレグを介在せしめて０゜層を形成してい
る。しかしながら、これもまた、同様の問題点をもって
いる。
［発明が解決しようとする課題］ この発明の目的は、複合材料からなる桁材を成形する
ときのような、上述した問題点に鑑み、ウエブにおける
±45゜層の形成と、フランジにおける０゜層の形成とを
同時に行うことができ、しかも、層間剥離を極力回避す
ることができる補強繊維織物を提供するにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、長手方向に
並行して延びている、補強繊維からなるたて糸と、幅方
向に、並行して、かつ、上記たて糸に対して斜めに延び
ている、補強繊維からなるよこ糸とを有し、上記幅方向
においては、たて糸の繊維密度が高い部分と低い部分と
を有していることを特徴とする補強繊維織物を提供す
る。
この発明は、また、少なくとも一部に上記の補強繊維
織物が使われているプリフォーム、そのプリフォームを
含む複合材料、および、その複合材料からなる桁材を提
供する。
この発明で使用する補強繊維は、炭素繊維、ガラス繊
維、ポリアラミド繊維、PEEK（ポリエーテルエーテルケ
トン）繊維、シリコンカーバイド繊維、アルミナ繊維、
アルミナ−シリカ繊維等の高強度、高弾性率繊維であ
り、用途や、成形する複合材料の種類等に応じて選択す
る。なお、これらの補強繊維は、いずれも、マルチフィ
ラメント（繊維束）である。炭素繊維を用いる場合、JI
S R7601に規定される方法に準じて測定した引張強度が
350kg/mm2以上であり、引張弾性率が20×103kg/mm2以上
である、高強度、高弾性率炭素繊維束であるのが好まし
い。
この発明の補強繊維織物は、長手方向に並行して延び
ている、補強繊維からなるたて糸と、幅方向に、並行し
て、かつ、上記たて糸に対して斜めに延びている、補強
繊維からなるよこ糸とを有する。織組織は、平組織、綾
組織、朱子組織等、通常の織組織であってもよい。もっ
とも、特公昭57−52221号公報に記載されている、応力
が集中するような屈曲を有しない補強繊維糸を互いに並
行かつシート状に配列してなる糸群を、２個、補強繊維
糸が互いに交差するように積層し、両糸群を細い補助糸
で織組織して一体に保持してなる、いわゆるノンクリン
プ織物の形態を採ってもよい。なお、たて糸やよこ糸
は、複合材料を成形する際のマトリクスの含浸性をよく
するため、無撚であるのが好ましいが、1mあたり15ター
ン程度以下の撚であれば問題はない。
上述したように、よこ糸は、たて糸に対して斜めに延
びている。斜めの程度をどれくらいにするかは、用途等
によって異なる。たとえば、上述した桁材の成形に使用
するものにおいては、よこ糸が、たて糸に対して＋45±
15゜または−45±15゜の範囲、好ましくは、＋45または
−45゜の方向を向くようにする。
また、織物は、幅方向において、たて糸の繊維密度が
高い部分と低い部分とを有している。ここで、たて糸の
繊維密度は、たて糸の繊度とたて糸の配列密度（単位長
さあたりの本数）との積で表わされるものであり、たて
糸の繊度や配列密度を変えることで繊維密度を変えるこ
とができる。そうして、高い部分の繊維密度を、低い部
分にくらべてどの程度に高くするかは、用途や補強繊維
の種類等に応じて決める。
織物の幅方向において、たて糸の繊維密度の高い部分
をどこに設定するかは、全く任意である。たとえば、幅
方向において中央部分に設定してもよいし、側端部分に
設定してもよい。用途等に応じて決めればよい。なお、
側端部分を２重織することによってその部分の繊維密度
を上げることも可能である。
繊維密度が高い部分と低い部分とで、たて糸を構成す
る補強繊維の種類を変えてもよい。たとえば、繊維密度
の高い部分に炭素繊維を使用し、それ以外の低い部分に
はガラス繊維を使用するといったことができる。このよ
うに、部分によってたて糸を構成する補強繊維の種類を
変えることは、要求特性等に応じ、その要求特性等に最
も効果的な補強繊維を選択できるという点で有利であ
る。また、補強繊維には高価なものがあるので、たとえ
ば、側端部分に補強効果を要求する場合、その側端部分
においては炭素繊維を使用し、それ以外の部分において
は安価なガラス繊維を使用するようにして、コストを下
げることができる。
織物は、織組織を固定するために、目止めされていて
もよい。目止めは、特開昭61−34244号公報や実開昭61
−198284号公報等でよく知られているように、製織に際
して、たて糸および／またはよこ糸に、ナイロン、共重
合ナイロン、ポリエステル、塩化ビニリデン、塩化ビニ
ル等の低融点の熱可塑性ポリマーからなる糸を合わせて
供給し、製織後、それを溶融してたて糸とよこ糸とをそ
れらの交点において接着することによって行うことがで
きる。
さて、この発明の織物は、それを積層し、かつ、一体
化することによってプリフォームにすることができる。
積層に際して、たて糸やよこ糸の方向や、たて糸の繊維
密度の高い部分の配置が用途等に応じて決められること
はもちろんである。そうして、通常は、たて糸の繊維密
度が高い部分同士、低い部分同士をそれぞれ合わせて積
層する。なお、プリフォームは、通常、この発明の織物
のみを使用して構成するが、用途等に応じて、任意の層
間や最外層に、上述した補強繊維からなる、通常の二方
向性織物や、サーフェイスマット、チョップドストラン
ドマット等のマットや、フェルト等を配置してもよい。
なお、プリフォーム化に先立って、織物をプリプレグ化
しておいてもよい。
一体化は、織物同士を上述した熱可塑性ポリマーで接
着することによって行うことができる。その場合、面接
着すると、複合材料を成形する際のマトリクスの含浸性
が悪くなるので、点接着か、線接着によるのが好まし
い。熱可塑性ポリマーによって目止めされた織物を使用
する場合は、その目止めに使用している熱可塑性ポリマ
ーを利用して接着を行うことができる。なお、織物がプ
リプレグ化されている場合には、格別の接着を行わなく
ても、プリプレグの粘着性を利用して一体化できること
もある。
また、一体化は、上述した補強繊維からなるスティッ
チ糸で縫合することによって行うことができる。この場
合、スティッチ糸は大きく屈曲せざるを得ず、その屈曲
部にプリフォームに加わった応力が集中してスティッチ
糸がたて糸やよこ糸よりも先に破断し、そこからプリフ
ォームの破壊が進行することがあるので、スティッチ糸
を構成する補強繊維としては、織物を構成している補強
繊維よりも破断伸度の大きいものを選択、使用するのが
好ましい。なお、縫合は、プリフォーム内部で上糸と下
糸とが絡み合わない単環縫いによって行うのが好まし
い。また、縫合は、等ピッチで行ってもよく、要所を密
に縫合するようにしてもよい。
プリフォームの形状は、用途等に応じて、平板状や、
Ｈ型、Ｉ型、Ｊ型、Ｔ型、Ｚ型等、いろいろな形状を採
ることができる。
上述したプリフォームを用いた複合材料の成形は、よ
く知られた方法によって行うことができる。たとえば、
プリフォームを型に入れ、インジェクション成形するこ
とによってFRPを得ることができる。樹脂としては、エ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂
等の熱硬化性樹脂や、ナイロン樹脂、ポリエステル樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ビスマレイミド
樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することができる。もっと
も、プリプレグ化された織物を使用している場合には、
プリフォームを型に入れて圧縮成形するだけでFRPを得
ることができる。また、樹脂として、フェノール樹脂、
フラン樹脂、ピッチ等の炭化可能樹脂を使用したもの
は、焼成して炭化可能樹脂を炭化することによってFRC
とすることができる。さらに、プリフォームを鋳型に入
れ、その鋳型に、アルミニウム合金やマグネシウム合金
等の、マトリクスとなる金属の溶湯を圧入する、いわゆ
る高圧鋳造法によってFRMを得ることができる。
［実施態様］ 第１図において、補強繊維織物１は、両側端部分Ａ、
Ａにおいて長手方向に互いに並行して延びている、炭素
繊維からなるたて糸２、２と、両側端部分Ａ、Ａ以外の
部分Ｂにおいて長手方向に互いに並行して延びている、
ガラス繊維からなるたて糸３と、これらたて糸２、２お
よびたて糸３に対して＋45゜方向に延びている、炭素繊
維からなるよこ糸４とを平組織してなる。部分Ａ、Ａが
たて糸の繊維密度の高い部分であり、部分Ｂが低い部分
である。耳部分は、たて糸２、２のほつれを防止するた
め、細いガラス繊維からなるからみ糸５、５によるから
み耳として構成されている。この織物は、主としてたて
糸２、２とよこ糸４とが補強作用をもっており、もう一
種類のたて糸３は、主として織組織を維持する作用をも
っているにすぎない。この織物１の表裏を逆にすれば、
たて糸２、２およびたて糸３に対してよこ糸４が−45゜
方向に延びている織物になる。以下においては、そのよ
うな織物を織物１′という。
第２図は、Ｚ型の桁材を成形するためのプリフォーム
を示し、上述した織物１と１′とを、第３図に示すよう
に、厚み方向中心からみてよこ糸４の配置が鏡面対象に
なるように、かつ、部分Ａ、Ａがフランジ形成部分７、
７′になり、部分Ｂがウエブ形成部分６になるように積
層し、スティッチ糸８、８、……で単環縫いし、一体化
してなる。したがって、このプリフォームを使用してＺ
型の桁材を成形すれば、桁材の、ウエブにおいては、補
強作用をもつよこ糸４が桁材の長手方向に対して±45゜
の方向に配置されることになり、フランジにおいては、
補強作用をもつたて糸２が桁材の長手方向に配置される
ことになる。そうして、たて糸２が主として長手方向の
曲げ応力を、よこ糸４が主としてせん断応力を支えるこ
とになる。なお、図示していないが、このプリフォーム
には、スティッチ糸による縫合時における織組織のずれ
や、たて糸、よこ糸の曲がりを防止したり、電触を防止
する目的で、各最外層に、ガラス繊維のスクリムクロス
を配置している。また、第３図における矢印は、よこ糸
４の方向を示している。
［発明の効果］ この発明の補強繊維織物は、長手方向に並行して延び
ている、補強繊維からなるたて糸と、幅方向に、並行し
て、かつ、上記たて糸に対して斜めに延びている、補強
繊維からなるよこ糸とを有し、上記幅方向において、た
て糸の繊維密度が高い部分と低い部分とを有しているの
で、第２図および第３図によっても明らかなように、複
合材料からなる桁材等の成形において、単に次々に積層
するだけで、容易に、補強繊維を、所望の部位に、しか
も、所望の方向に配置することができる。そのため、従
来技術で述べたような、ウエブにおける±45゜層の形成
と、フランジにおける０゜層の形成とを別々に行うとい
った必要がなくなるばかりか、たて糸とよこ糸とが織組
織を形成しているために両層間の層間剥離も防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の一実施態様に係る補強繊維織物を
示す概略平面図、第２図は、第１図に示した織物を使用
したＺ型プリフォームを示す概略斜視図、第３図は、第
２図に示したプリフォームにおける織物の積層構成を示
す、織物の概略斜視図である。 1:補強繊維織物 １′補強繊維織物 2:炭化繊維からなるたて糸 3:ガラス繊維からなるたて糸 4:炭素繊維からなるよこ糸 5:からみ糸 6:ウエブ形成部分 7:フランジ形成部分 ７′：フランジ形成部分 8:スティッチ糸 A:たて糸の繊維密度が高い部分 B:たて糸の繊維密度が低い部分

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】長手方向に並行して延びている、補強繊維
    からなるたて糸と、幅方向に、並行して、かつ、上記た
    て糸に対して斜めに延びている、補強繊維からなるよこ
    糸とを有し、上記幅方向においては、たて糸の繊維密度
    が高い部分と低い部分とを有していることを特徴とする
    補強繊維織物。
  2. 【請求項２】積層、一体化された、請求項（１）の補強
    繊維織物を含むプリフォーム。
  3. 【請求項３】請求項（２）のプリフォームを含む複合材
    料。
  4. 【請求項４】請求項（３）の複合材料からなる桁材。
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